初中化学：乐器用金属材料

乐器通常由振动体、传导体、共鸣体、支撑体、附件等组成。乐器各个部件使用的材料的性能对乐器的音量、音质（音色），特别是频率（音调）及其稳定性等有重要的影响。这种材料一般要求有适宜的内耗（或品质因素）、密度、弹性模量、耐蚀性和成型加工性能。中国商周时期（约公元前17～前3世纪）就有青铜制的铙和编钟等金属打击乐器。某些战国时期的编钟是由含锡15%～16%、铅1%～2%的铜合金制成的。 含锡10%～20%的青铜，称为响铜，用于制造锣、钹等打击乐器。现在的笙、芦笙等的簧片也都由响铜制成。这种古代就已生产的铜锡合金有良好的力学性能、物理性能和音响效果，所以沿用至今。如果合金中含锡量增高，会使乐器的音频过高，脆性增大，容易破裂；含锡量降低，则会使乐器音频过低，损害音响效果。铜管乐长笛也用铜锡合金制作。含锌30%（或10%）的黄铜和含镍30%的白铜具有音的衰减小、耐蚀性好以及可切削、弯曲、钎焊等性能好的优点，用于制造铜号等的管体，特别是喇叭出口部分。风琴、口琴的音簧要有适当弹性模量。弹性模量偏低，声音效果不好；弹性模量高时，频率稳定性好，可以通过控制簧片的长度和厚度把频率调节好，并使音量、音质和发音灵敏度获得改善。手风琴音簧一般用高碳钢薄带制成，薄带应有较高的尺寸精度和适宜的硬度。硬度过高，加工困难，容易折断；硬度过低，造成频率达不到规定的高度，且易随风压变化，高次谐波数少而弱，因而音色柔和有余，而明亮清脆不足。含碳0.85%、锰0.5%的碳素工具钢（同中国的T8MnA和T9MnA牌号相近）是制造琴钢丝（乐器丝）的典型金属材料。琴钢丝应具有较高的抗拉强度（一般为2 500～
3 500 N/mm2）、适宜的弹性模量（180 000～200 000 N/mm2），良好的耐疲劳性、韧性（一般要求弯曲8～20次，扭转20～30次）和耐蚀性，低的内耗值。材料抗拉强度过低，除容易断弦外，还会产生应力弛豫，频率不稳，抗拉强度过高，则会产生基频弱，谐波强度大、失谐过大，造成声音不纯。材料的弹性模量过高，内耗增大，会使音色不柔和，有生硬感；弹性模量过低，又会使音色过于柔和，有“闷”、“暗”感。琴钢丝直径通常为0.2～1.6 mm，椭圆度小于0.005 mm。椭圆度大了，会产生两个回转半径，引起两个非谐基频，使音色不纯。琴钢丝材料的生产，必须严格选用原料，采用炉外精炼工艺，保证化学成分准确、均匀和质地纯净（钢中夹杂物和硫、磷等元素含量低）；还要严格按制金属塑性加工工艺参数，使用高精度的模具和合理的金属热处理工艺。这样，才能获得外表光沽、尺寸精确、组织均匀、品质因素好的产品。 在乐器的金属支撑体中，最典型的是钢琴的框架。框架一般用灰口铸铁制造。支撑着琴内多达200根琴弦的总拉力{约(15～20)×104 N}，必须保证琴体结构不变形，对琴弦振动应有共振和传振能力。如果框架的材料抗拉强度低，会吸收过多的弦的振动，减少传到响板的能量。框架有不谐振动音会大大影响钢琴的音色。增加框架厚度虽能使琴体不变形，但会影响共振，减少音量。
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